Transkriptionell reglering av lipogenes
Den evidens som har samlats in under de senaste åren tyder på att effekterna av olika näringsämnen och hormoner på uttrycket av lipogena gener förmedlas av SREBP:erna (Hua et al., 1993; Tontonoz et al., 1993; Yokoyama et al., 1993). SREBPs är transkriptionsfaktorer som reglerar uttrycket av gener kopplade till kolesterol- och fettsyrametabolismen. De tillhör gruppen av transkriptionsfaktorer med basisk helix-loop-helix (bHLH)-leucinzipper och kan delas in i tre typer: SREBP-2, SREBP-1a och SREBP-1c (även kallad ADD1). SREBP-1a och -1c, av vilka SREBP-1c anses vara den mest fysiologiskt relevanta, är produkter från en enda gen som skiljer sig åt i sitt första exon. Sedan upptäckten 1993 har SREBP-2:s molekylära verkningsmekanism varit mycket väl karakteriserad. När nivåerna av fritt kolesterol i cellen är höga finns SREBP-2 som en stor omogen prekursor bunden till det endoplasmatiska retikulumet. När den cellulära kolesterolkoncentrationen sjunker, klyvs prekursormolekylen proteolytiskt för att frigöra ett moget fragment som translokeras till kärnan. I kärnan binder det mogna SREBP-2 till ett så kallat sterolresponselement i promotorregionen för målgener och aktiverar därigenom deras transkription.
Studier i transgena möss som överuttrycker SREBP-2 i levern tyder på att SREBP-2 stimulerar uttrycket av gener som är involverade i kolesterolmetabolismen, t.ex. LDL-receptorn, farnesylpyrofosfat-syntesen och HMG-CoA-reduktas-generna. Intressant nog observerades hos möss som överuttrycker SREBP-1a eller SREBP-1c i levern en dramatisk uppbyggnad av hepatiska triglycerider och förhöjda uttrycksnivåer av lipogena gener. Detta ledde till slutsatsen att SREBP-1 aktiverar gener kopplade till lipogenes i levern (granskad i Horton och Shimomura, 1999).
Fenotypen hos SREBP-1 nollmöss avslöjade överraskande nog att SREBP-1 förmodligen har en något annorlunda roll i fettvävnad. Hos dessa möss påverkades inte fettvävnadsmassan och inte heller fettvävnadsuttrycket av fettsyrasyntas och acetyl-CoA-carboxylas (Shimano et al., 1997). Ytterligare bevis som tyder på en annan roll för SREBP-1 i fettvävnad kom från studier med transgena möss som uttrycker SREBP-1c under kontroll av aP2-promotorn (för fettvävnadsspecifik överexpression). I vit fettvävnad hos dessa möss var uttrycket av gener som är involverade i kolesterolmetabolismen markant förhöjt, medan uttrycket av gener som är involverade i fettsyra- och triglyceridsyntesen förblev oförändrat (Shimomura et al., 1998). En ännu mer slående och kontraintuitiv observation hos dessa möss var att deras fettvävnadsmassa reducerades till mindre än hälften av vildtypmössens. Förklaringen bakom den minskade fettmassan är fortfarande svårfångad, men kan vara relaterad till minskat uttryck av de adipogena transkriptionsfaktorerna peroxisome proliferator activated receptor γ (PPARγ) och CCAAT enhancer binding protein (C/EBPα). Sammantaget tyder dessa data på att rollerna för SREBP-1 i lever och fettvävnad kan skilja sig åt.
Det blir alltmer uppenbart att induktionen av lipogent genuttryck i levern av insulin och glukos medieras av SREBP-1. SREBP-1-nollmöss uppvisar faktiskt en försämrad uppreglering av det lipogena genuttrycket vid ett fastande/återätande protokoll (Shimano et al., 1999). Insulin och glukos påverkar SREBP-1:s transkriptionella aktivitet via flera mekanismer. För det första har insulin visat sig stimulera SREBP-1 mRNA-uttryck i adipocyter (Kim et al., 1998) och hepatocyter (Foretz et al., 1999b), en effekt som troligen förmedlas av phosphatidylinositol 3-kinasvägen (Azzout-Marniche et al., 2000). Dessutom ökar insulin troligen transkriptionsaktiveringen av SREBP-1, oberoende av förändringar i dess mRNA-nivåer, via MAP-kinasberoende fosforylering (Roth et al., 2000). Liksom insulin stimulerar glukos SREBP-1:s promotoraktivitet och mRNA-uttryck (Hasty et al., 2000). Den relativa ökningen av kärnformen av SREBP-1 efter kolhydratåtermatning (Horton et al., 1998) tyder på att insulin och glukos också kan stimulera SREBP-1-beroende gentranskription genom att aktivera den proteolytiska klyvningen av det membranbundna SREBP-1. En direkt effekt av insulin eller glukos på den proteolytiska klyvningen av SREBP-1-prekursorn kunde dock inte påvisas (Azzout-Marniche et al., 2000; Hasty et al., 2000).
Polymättade fettsyror reglerar också uttrycket av lipogena gener. Till skillnad från glukos och insulin nedreglerar de dock genuttrycket. Denna effekt uppnås genom att hämma mRNA-uttrycket av SREBP-1 (Kim et al., 1999; Mater et al., 1999; Xu et al., 1999; Yahagi et al., 1999), samt genom att hämma den proteolytiska bearbetningen av SREBP-1-prekursorn (Thewke et al., 1998).
SREBP-1 spelar helt klart en central roll i förmedlingen av insulinets effekter på genuttrycket, men det är troligen inte den enda transkriptionsfaktor som är inblandad. In vitro-studier har tydligt fastställt betydelsen av de uppströms stimulerande faktorerna (USF) i regleringen av fettsyrasyntaspromotorn av insulin. USF:er är allestädes närvarande bHLH-leucinzipper-transkriptionsfaktorer som kan interagera som homo- och/eller heterodimerer med E-boxar i CANNTG-sekvensen (Wang och Sul, 1997). En sådan E box finns i promotorn för fettsyrasyntas. Mutationer som försvagar USF1:s och USF2:s bindning till denna E box upphäver den insulinberoende aktiveringen av promotorn för fettsyrasyntas. Nya studier med möss som saknar USF1 och/eller USF2 har gett mycket övertygande bevis för att USF1 och USF2 är inblandade i förmedlingen av den stimulerande effekten av insulin/glukos på fettsyrasyntasuttrycket (Casado et al., 1999). Effekterna av USF och SREBP-1 verkar vara additiva och oberoende (Latasa et al., 2000). Slutligen kan glukos reglera uttrycket av lipogena gener via en transkriptionsfaktor för kolhydratrespons (ChoRF), som ännu inte har klonats. Specifika responselement som binder denna transkriptionsfaktor har identifierats i promotorn för målgener, t.ex. pyruvatkinas (Koo och Towle, 2000).
En viktig transkriptionsfaktor i fettvävnad är kärnhormonreceptorn PPARγ. Trots sitt namn aktiveras detta protein inte av peroxisomproliferatorer utan av fettsyror och deras eikosanoidderivat samt av läkemedel av thiazolidindionklassen (Kersten et al., 2000a). PPARγ är en del av differentieringsprogrammet för adipocyter och inducerar differentieringen av pre-adipocyter till mogna fettceller. Hittills är endast ett begränsat antal gener kända för att regleras av PPARγ i fettvävnad. Dessa kodar för adipocytens fettsyrabindande protein, lipoproteinlipas, fettsyratransportprotein (FATP), acyl-CoA-syntetas, phospho-enolpyruvatkarboxykinas och den fastandeinducerade adiposfaktorn FIAF/PPARγ angiopoietin-relaterade PGAR (Kersten et al., 2000b; Yoon et al., 2000). Baserat på dessa geners identiteter, tillsammans med observationen att PPARγ-uttrycket stimuleras av insulin (Vidal-Puig et al., 1997) och av SREBP-1 (Fajas et al., 1999), skulle man kunna förvänta sig att PPARγ inte bara skulle ha en adipogen effekt, utan även en lipogen effekt. Detta stöds av kliniska data som visar att patienter som tar syntetiska PPARγ-aktivatorer ofta går upp i vikt (Fuchtenbusch, 2000). Dessutom uppvisar heterozygota PPARγ-muterade möss mindre fettdepåer på en fettrik diet (Kubota et al., 1999; Miles et al., 2000). Inducerbara och vävnadsspecifika PPARγ knock-out-modeller bör vara mycket informativa när det gäller att få ytterligare insikt i PPARγ:s funktion i mogna fettceller. När det gäller levern, även om PPARγ normalt bara uttrycks minimalt i hepatocyter, är ackumulering av hepatiska triglycerider förknippad med en dramatisk ökning av PPARγ-uttrycket, vilket tyder på att PPARγ kan spela en roll för att stimulera lipogenesen (Chao et al., 2000).
Sammanfattningsvis har de senaste åren inneburit en flodvåg av nya uppgifter om mekanismerna för reglering av lipogenesen genom näringsämnen och hormoner. Det står nu klart att SREBP-1, och i mindre utsträckning USF1 och USF2, spelar en central roll när det gäller att förmedla effekterna av näringsämnen och hormoner på det lipogena genuttrycket i levern. I fettvävnad är en annan transkriptionsfaktor, PPARγ, avgörande för regleringen av både adipogenes och lipogenes. Den roll som SREBP-1 spelar i fettvävnad är ännu inte klart definierad. På det hela taget har dock SREBP-1 och PPARγ blivit attraktiva måltavlor för läkemedelsinterventioner vid sjukdomar som hypertriglyceridemi och fetma.